JPH0821759B2 - 半導体レ−ザアレイ - Google Patents
半導体レ−ザアレイInfo
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- JPH0821759B2 JPH0821759B2 JP62154821A JP15482187A JPH0821759B2 JP H0821759 B2 JPH0821759 B2 JP H0821759B2 JP 62154821 A JP62154821 A JP 62154821A JP 15482187 A JP15482187 A JP 15482187A JP H0821759 B2 JPH0821759 B2 JP H0821759B2
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- JP
- Japan
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- semiconductor laser
- laser array
- array
- laser
- refractive index
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
- H01S5/4025—Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar
- H01S5/4031—Edge-emitting structures
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は高出力かつ指向性の鋭い半導体レーザ光源に
関する。本発明は、光通信、光記憶および再生、光演算
その他の光源として利用するに適する。
関する。本発明は、光通信、光記憶および再生、光演算
その他の光源として利用するに適する。
半導体レーザは、小型、軽量、高信頼性であるうえ、
電流注入により容易に発振させることができることか
ら、光伝送の分野や、光ディスクを用いた情報の記憶お
よび再生の分野で既に利用されている。しかし、より長
距離の光伝送、書き込み可能な光ディスクその他の分野
に適用範囲を広げるためには、現在10mV程度である出力
電力を一桁以上向上させることが必要である。このよう
な高い出力電力を得るための素子として、多数の半導体
レーザを平行かつ周期的に配置し、その内部の光を相互
に結合させて発振させる位相同期型の半導体レーザアレ
イが提案されている。このような半導体レーザアレイを
用いることにより、高出力かつ鋭い指向性をもつ光出力
が得られる。
電流注入により容易に発振させることができることか
ら、光伝送の分野や、光ディスクを用いた情報の記憶お
よび再生の分野で既に利用されている。しかし、より長
距離の光伝送、書き込み可能な光ディスクその他の分野
に適用範囲を広げるためには、現在10mV程度である出力
電力を一桁以上向上させることが必要である。このよう
な高い出力電力を得るための素子として、多数の半導体
レーザを平行かつ周期的に配置し、その内部の光を相互
に結合させて発振させる位相同期型の半導体レーザアレ
イが提案されている。このような半導体レーザアレイを
用いることにより、高出力かつ鋭い指向性をもつ光出力
が得られる。
第4図は第一の従来例半導体レーザアレイの斜視図を
示す。この半導体レーザアレイは、屈折率変調型と呼ば
れているものである。
示す。この半導体レーザアレイは、屈折率変調型と呼ば
れているものである。
この半導体レーザアレイは、n型クラッド層1、活性
層2およびp型クラッド層3による層状構造を有する。
p型クラッド層3には平行かつ周期的に細長い凸部が設
けられている。ここで、説明の便利のため、凸部が配列
された方向をx方向、層状構造の形成された方向をy方
向、凸部の長さ方向をz方向とする。
層2およびp型クラッド層3による層状構造を有する。
p型クラッド層3には平行かつ周期的に細長い凸部が設
けられている。ここで、説明の便利のため、凸部が配列
された方向をx方向、層状構造の形成された方向をy方
向、凸部の長さ方向をz方向とする。
第5図はこの半導体レーザアレイの屈折率周期を示
す。
す。
p型クラッド層3に設けられた凸部は、その近傍の領
域の屈折率を変化させ、光軸に垂直な方向、すなわちx
方向に屈折率を空間的に変調する。この屈折率変化によ
り、活性層2における発光領域が定義され、個々のレー
ザ共振器が定義される。また、凸部の配列は、それぞれ
の領域を伝搬する光がx方向に互いに干渉し合い、複数
のレーザ共振器が同期して発振するように設定される。
域の屈折率を変化させ、光軸に垂直な方向、すなわちx
方向に屈折率を空間的に変調する。この屈折率変化によ
り、活性層2における発光領域が定義され、個々のレー
ザ共振器が定義される。また、凸部の配列は、それぞれ
の領域を伝搬する光がx方向に互いに干渉し合い、複数
のレーザ共振器が同期して発振するように設定される。
この半導体レーザアレイを動作させると、各レーザ共
振器が互いに同期して発振し、z方向に光を出力する。
このとき、各レーザ共振器の出射光の位相が一致してい
るため、半導体レーザアレイの出射光は鋭い指向性を示
す。
振器が互いに同期して発振し、z方向に光を出力する。
このとき、各レーザ共振器の出射光の位相が一致してい
るため、半導体レーザアレイの出射光は鋭い指向性を示
す。
第6図は第二の従来例半導体レーザアレイの端面構造
を示す。分布帰還型の半導体レーザアレイとしては、上
述した屈折率変調型の他に利得変調型のものが知られて
いる。第6図に示した従来例は、利得変調型の半導体レ
ーザアレイである。
を示す。分布帰還型の半導体レーザアレイとしては、上
述した屈折率変調型の他に利得変調型のものが知られて
いる。第6図に示した従来例は、利得変調型の半導体レ
ーザアレイである。
利得変調型の半導体レーザアレイは、n型クラッド層
1、活性層2およびp型クラッド層3による層構造をも
つことは屈折率変調型と同様であるが、n型クラッド層
1の表面には凸部ではなく電極6が等間隔かつ平行に配
置されている。この電極6から、一面に形成された活性
層2にバイアス電流を注入することにより利得が変調さ
れる。したがって、電極6により発光領域4が定義され
る。
1、活性層2およびp型クラッド層3による層構造をも
つことは屈折率変調型と同様であるが、n型クラッド層
1の表面には凸部ではなく電極6が等間隔かつ平行に配
置されている。この電極6から、一面に形成された活性
層2にバイアス電流を注入することにより利得が変調さ
れる。したがって、電極6により発光領域4が定義され
る。
利得変調型の場合にも、屈折率変調型と同様に遠視野
像が双峰性となる。
像が双峰性となる。
第7図は従来の屈折率変調型半導体レーザアレイの遠
視野像を示す。
視野像を示す。
位相同期型の半導体レーザアレイは一般に双峰性の遠
視野像を示す。その論理的な解釈はいくつかあるが、そ
の一つとして、広島大学工学部のスエムネ等による横方
向分布帰還型半導体レーザの論理が知られている。この
論理は、「ルームテンパレチャー・オペレーション・オ
ブ・ア・トランスバース・デストリビューテド・フィー
ドバック・キャビティ・レーザ」エレクトロニクス・レ
ターズ第18巻、1982年、第745頁(“Room Temperature
operation of a transverse−distributed−feedback c
avity laser",Electronics Letters,Vol.18,1982,p.74
5)に示されている。この理論によると、レーザ共振器
の空間的な周期をΛ、このレーザ共振器内で発振する光
の真空中の波長をλとすると、出射ビームの角度θは、
半導体レーザアレイの出射面に立つ法線、すなわちz方
向に対して、 θ=±sin-1(λ/2Λ) で与えられる。この方向は、レーザ共振器内を伝搬する
光の波数ベクトルのうち、光軸に垂直な方向の成分が周
期的な屈折率分布によるブラッグ条件を満たす。
視野像を示す。その論理的な解釈はいくつかあるが、そ
の一つとして、広島大学工学部のスエムネ等による横方
向分布帰還型半導体レーザの論理が知られている。この
論理は、「ルームテンパレチャー・オペレーション・オ
ブ・ア・トランスバース・デストリビューテド・フィー
ドバック・キャビティ・レーザ」エレクトロニクス・レ
ターズ第18巻、1982年、第745頁(“Room Temperature
operation of a transverse−distributed−feedback c
avity laser",Electronics Letters,Vol.18,1982,p.74
5)に示されている。この理論によると、レーザ共振器
の空間的な周期をΛ、このレーザ共振器内で発振する光
の真空中の波長をλとすると、出射ビームの角度θは、
半導体レーザアレイの出射面に立つ法線、すなわちz方
向に対して、 θ=±sin-1(λ/2Λ) で与えられる。この方向は、レーザ共振器内を伝搬する
光の波数ベクトルのうち、光軸に垂直な方向の成分が周
期的な屈折率分布によるブラッグ条件を満たす。
本発明は、端面から単一のビームを出射する半導体レ
ーザアレイを提供することを目的とする。
ーザアレイを提供することを目的とする。
本発明の半導体レーザアレイは、同一の半導体基板上
に平行かつ周期的に配置され、互いに内部の光が干渉し
合って発振する複数のレーザ共振器を備えた半導体レー
ザアレイにおいて、上記レーザ共振器は、その配列の中
央付近でその配列の周期にほぼπ/2の位相不連続が生じ
る位置関係に配置されたことを特徴とする。
に平行かつ周期的に配置され、互いに内部の光が干渉し
合って発振する複数のレーザ共振器を備えた半導体レー
ザアレイにおいて、上記レーザ共振器は、その配列の中
央付近でその配列の周期にほぼπ/2の位相不連続が生じ
る位置関係に配置されたことを特徴とする。
上述したスエムネ等の理論は、光軸方向に屈折率の周
期性をもたせた通常の分布帰還型半導体レーザの発振ス
ペクトルに対する理論と同等である。異なる点は、空間
的なスペクトルとして現れるか、時間的なスペクトルと
して現れるかという点である。
期性をもたせた通常の分布帰還型半導体レーザの発振ス
ペクトルに対する理論と同等である。異なる点は、空間
的なスペクトルとして現れるか、時間的なスペクトルと
して現れるかという点である。
通常の分布帰還型半導体レーザのスペクトルは、レー
ザ共振器端面の反射が無視できる場合に双峰性となるこ
とが知られている。このような発振スペクトルを単峰性
にするために、屈折率の周期的な変調の位相を不連続に
する方法が提案され、実際の素子として試作されてい
る。例えばKDD研究所の宇高らは、「λ/4シフトのグレ
ーティングを有するDFBレーザの発振特性の検討」、昭
和59年度電子通信学会総合全国大会1017において、DFB
領域の中央付近で回折格子の位相が反対称で管内波長の
1/4に相当する量だけシフトしている分布帰還型半導体
レーザが、ブラッグ波長だけで発振すると説明してい
る。そして、このようなλ/4シフトDFBレーザは既に実
用化できる段階になっている。
ザ共振器端面の反射が無視できる場合に双峰性となるこ
とが知られている。このような発振スペクトルを単峰性
にするために、屈折率の周期的な変調の位相を不連続に
する方法が提案され、実際の素子として試作されてい
る。例えばKDD研究所の宇高らは、「λ/4シフトのグレ
ーティングを有するDFBレーザの発振特性の検討」、昭
和59年度電子通信学会総合全国大会1017において、DFB
領域の中央付近で回折格子の位相が反対称で管内波長の
1/4に相当する量だけシフトしている分布帰還型半導体
レーザが、ブラッグ波長だけで発振すると説明してい
る。そして、このようなλ/4シフトDFBレーザは既に実
用化できる段階になっている。
これに対して本発明は、空間的なスペクトルと時間的
なスペクトルとの等価性から、発振スペクトルをブラッ
グ波長に一致させて単一にする方法を応用し、レーザ端
面に対して垂直な単一なビームを得るものである。
なスペクトルとの等価性から、発振スペクトルをブラッ
グ波長に一致させて単一にする方法を応用し、レーザ端
面に対して垂直な単一なビームを得るものである。
位相同期型半導体レーザアレイ内で発振する光波は、
縦方向(レーザ共振器の光軸方向で光が出射する方向)
と横方向とに分解して考えることができ、縦方向は通常
の劈開レーザと同じくファブリ・ペロー型の共振条件を
満たす波長で発振する。一方、横方向の成分は、レーザ
共振器の間のストライプ溝を空間格子とする一種のDFB
レーザ(分布帰還型半導体レーザ)と同様の発振条件を
満たす。等間隔のストライプ溝の与える横方向の発振条
件は、縦方向に一様な空間周波数を有する分布格子を形
成した初期のDFBレーザと同様に、2本の異なる周波数
を与える。これは、従来のDFBレーザではほぼしきい値
の等しい2本の縦モードが現れることに対応し、位相同
期レーザでは、2本の横モードすなわち双峰性の出射ビ
ームが現れることに対応する。
縦方向(レーザ共振器の光軸方向で光が出射する方向)
と横方向とに分解して考えることができ、縦方向は通常
の劈開レーザと同じくファブリ・ペロー型の共振条件を
満たす波長で発振する。一方、横方向の成分は、レーザ
共振器の間のストライプ溝を空間格子とする一種のDFB
レーザ(分布帰還型半導体レーザ)と同様の発振条件を
満たす。等間隔のストライプ溝の与える横方向の発振条
件は、縦方向に一様な空間周波数を有する分布格子を形
成した初期のDFBレーザと同様に、2本の異なる周波数
を与える。これは、従来のDFBレーザではほぼしきい値
の等しい2本の縦モードが現れることに対応し、位相同
期レーザでは、2本の横モードすなわち双峰性の出射ビ
ームが現れることに対応する。
DFBレーザでの単一モード化は、上述したようにλ/4
シフトDFBレーザによって実現された。本願発明は、こ
の原理を横方向発振条件に導入し、位相同期レーザを構
成するレーザ共振器の位相を中央部においてλ/4に相当
する分だけ、すなわちレーザ共振器の配列の周期でπ/2
だけ、位相不連続を設ける。これにより、出射モードの
単峰化を実現できる。
シフトDFBレーザによって実現された。本願発明は、こ
の原理を横方向発振条件に導入し、位相同期レーザを構
成するレーザ共振器の位相を中央部においてλ/4に相当
する分だけ、すなわちレーザ共振器の配列の周期でπ/2
だけ、位相不連続を設ける。これにより、出射モードの
単峰化を実現できる。
第1図は本発明第一実施例半導体レーザアレイの斜視
図を示し、第2図は出射端面を示す。
図を示し、第2図は出射端面を示す。
この半導体レーザアレイは、従来例と同様に、n型ク
ラッド層1、活性層2およびp型クラッド層3による層
状構造を有する。p型クラッド層3には周期Λで平行に
細長い凸部が設けられているが、この凸部の周期性が中
央部で不連続となっていることが従来例と異なる。電極
は図示していないが、前面電極である。
ラッド層1、活性層2およびp型クラッド層3による層
状構造を有する。p型クラッド層3には周期Λで平行に
細長い凸部が設けられているが、この凸部の周期性が中
央部で不連続となっていることが従来例と異なる。電極
は図示していないが、前面電極である。
凸部の不連続の幅は、その周期Λの1/4、すなわちπ/
2位相である。凸部の幅と凸部の間隔とが等しい場合に
は、配列の中央の凸部の幅、または凸部の間隔を1.5倍
にする。
2位相である。凸部の幅と凸部の間隔とが等しい場合に
は、配列の中央の凸部の幅、または凸部の間隔を1.5倍
にする。
ここで、説明のため従来例と同様の座標系を用いる。
すなわち、凸部が配列された方向をx方向、層状構造の
形成された方向をy方向、凸部の長さ方向をz方向とす
る。
すなわち、凸部が配列された方向をx方向、層状構造の
形成された方向をy方向、凸部の長さ方向をz方向とす
る。
p型クラッド層3に設けられた凸部は、その近傍の領
域の屈折率を変化させ、光軸に垂直な方向、すなわちx
方向に屈折率を空間的に変調する。この屈折率変化によ
り、活性層2における発光領域4が定義され、個々のレ
ーザ共振器が定義される。また、凸部の配列は、それぞ
れの領域を伝搬する光がx方向に互いに干渉し合い、複
数のレーザ共振器が同期して発振するように設定され
る。
域の屈折率を変化させ、光軸に垂直な方向、すなわちx
方向に屈折率を空間的に変調する。この屈折率変化によ
り、活性層2における発光領域4が定義され、個々のレ
ーザ共振器が定義される。また、凸部の配列は、それぞ
れの領域を伝搬する光がx方向に互いに干渉し合い、複
数のレーザ共振器が同期して発振するように設定され
る。
各レーザ共振器は互いに同期して発振し、発光領域4
からz方向に光を出力する。各レーザ共振器の出射光の
位相が一致しているため、半導体レーザアレイの出射光
は鋭い指向性を示す。このとき、レーザ共振器の周期性
が中央部でπ/2位相ずれていることから、単峰性の出射
光が得られる。
からz方向に光を出力する。各レーザ共振器の出射光の
位相が一致しているため、半導体レーザアレイの出射光
は鋭い指向性を示す。このとき、レーザ共振器の周期性
が中央部でπ/2位相ずれていることから、単峰性の出射
光が得られる。
通常の分布帰還型半導体レーザの発振スペクトルを制
御する場合には、レーザ端面からの反射光を考慮する必
要がある。しかし、レーザアレイの場合には、発光領域
4の外側では光が吸収されるので、反射光について考慮
する必要はない。
御する場合には、レーザ端面からの反射光を考慮する必
要がある。しかし、レーザアレイの場合には、発光領域
4の外側では光が吸収されるので、反射光について考慮
する必要はない。
第3図は本発明第二実施例半導体レーザ素子の端面を
示す。この実施例は、本発明を量子井戸型の半導体レー
ザアレイで本発明を実施したものである。
示す。この実施例は、本発明を量子井戸型の半導体レー
ザアレイで本発明を実施したものである。
この半導体レーザアレイは、n型クラッド層1と、量
子井戸構造の活性層2′と、p型クラッド層3とによる
層状構造を有し、発光領域4を定義するために、不純物
拡散による無秩序化領域5が設けられている。無秩序化
領域5は、発光領域4の配列の周期がその配列の中央部
でその周期Λの1/4、すなわちπ/2位相ずれるように形
成されている。
子井戸構造の活性層2′と、p型クラッド層3とによる
層状構造を有し、発光領域4を定義するために、不純物
拡散による無秩序化領域5が設けられている。無秩序化
領域5は、発光領域4の配列の周期がその配列の中央部
でその周期Λの1/4、すなわちπ/2位相ずれるように形
成されている。
この実施例では、発光領域4の幅およびその間隔(無
秩序化領域5の幅)が等しく、中央の発光領域4′の幅
を他の発光領域の幅の1.5倍としている。発光領域4の
幅およびその間隔が異なる場合にも本発明を同様に実施
でき、発光領域4′の幅ではなく、発光領域4の間隔を
広げても本発明を同様に実施できる。
秩序化領域5の幅)が等しく、中央の発光領域4′の幅
を他の発光領域の幅の1.5倍としている。発光領域4の
幅およびその間隔が異なる場合にも本発明を同様に実施
でき、発光領域4′の幅ではなく、発光領域4の間隔を
広げても本発明を同様に実施できる。
本発明は、利得変調型の半導体レーザアレイに応用す
ることもできるが、発光領域4の間で損失を生じるため
ビーム形状の制御が困難である。
ることもできるが、発光領域4の間で損失を生じるため
ビーム形状の制御が困難である。
以上の実施例では、p型基板を利用する場合を前提と
して、n型クラッド層1に凸部または無秩序化領域5を
設ける例を説明したが、n型基板を利用しても本発明を
同様に実施できる。
して、n型クラッド層1に凸部または無秩序化領域5を
設ける例を説明したが、n型基板を利用しても本発明を
同様に実施できる。
以上説明したように、本発明の半導体レーザアレイ
は、高出力で単一の出力ビームを出射することができ
る。本発明の半導体レーザアレイは、空中伝搬を含む光
通信、光ディスクまたは光磁気ディスクの書き込みのほ
か、光演算装置の光源装置、形態用のレーザメス、レー
ザティスプレイ用光源その他に用いることができる。
は、高出力で単一の出力ビームを出射することができ
る。本発明の半導体レーザアレイは、空中伝搬を含む光
通信、光ディスクまたは光磁気ディスクの書き込みのほ
か、光演算装置の光源装置、形態用のレーザメス、レー
ザティスプレイ用光源その他に用いることができる。
第1図は本発明一実施例半導体レーザアレイの斜視図。 第2図は端面の構造図。 第3図は本発明第二実施例半導体レーザアレイの端面の
構造図。 第4図は第一の従来例半導体レーザアレイの斜視図。 第5図は屈折率分布を示す図。 第6図は第二の従来例半導体レーザアレイの端面の構造
図。 第7図は従来の屈折率変調型半導体レーザアレイの遠視
野像を示す図。 1……n型クラッド層、2、2′……活性層、3……p
型クラッド層、4、4′……発光領域、5……無秩序化
領域、6……電極。
構造図。 第4図は第一の従来例半導体レーザアレイの斜視図。 第5図は屈折率分布を示す図。 第6図は第二の従来例半導体レーザアレイの端面の構造
図。 第7図は従来の屈折率変調型半導体レーザアレイの遠視
野像を示す図。 1……n型クラッド層、2、2′……活性層、3……p
型クラッド層、4、4′……発光領域、5……無秩序化
領域、6……電極。
Claims (1)
- 【請求項1】同一の半導体基板上に平行かつ周期的に配
置され、互いに内部の光が干渉し合って発振する複数の
レーザ共振器を備えた半導体レーザアレイにおいて、 上記レーザ共振器は、その配列の中央付近でその配列の
周期にほぼπ/2の位相不連続が生じる位置関係に配置さ
れた ことを特徴とする半導体レーザアレイ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62154821A JPH0821759B2 (ja) | 1987-06-22 | 1987-06-22 | 半導体レ−ザアレイ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62154821A JPH0821759B2 (ja) | 1987-06-22 | 1987-06-22 | 半導体レ−ザアレイ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63318790A JPS63318790A (ja) | 1988-12-27 |
| JPH0821759B2 true JPH0821759B2 (ja) | 1996-03-04 |
Family
ID=15592610
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62154821A Expired - Fee Related JPH0821759B2 (ja) | 1987-06-22 | 1987-06-22 | 半導体レ−ザアレイ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0821759B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102009035639B4 (de) * | 2009-07-31 | 2019-10-24 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Breitstreifenlaser mit einem epitaktischen Schichtenstapel und Verfahren zu dessen Herstellung |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6191988A (ja) * | 1984-10-12 | 1986-05-10 | Toshiba Corp | 半導体レ−ザ |
-
1987
- 1987-06-22 JP JP62154821A patent/JPH0821759B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63318790A (ja) | 1988-12-27 |
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